大型石化容器制造的发展现状Word文档格式.docx
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PressureVessel;
Larger;
MachineryManufacturing
一、概述
近年来,国内石油化工和煤化工得到了空前发展。
为追求最佳经济规模,装置持续大型化发展。
目前1000万吨炼油、100万吨乙烯等大型石化装置已建成并投产多套,为国内石化机械制造业的发展客观上提供了巨大的需求。
反应器作为石化装置的核心设备,大型化、高参数化的倾向十分明显。
2007年,世界上最大的煤制油加氢反应器,重达2044吨的煤制油加氢反应器在神华马家塔年产煤制油500万吨的煤液化工程现场制造完成;
2007年在独山子石化改扩建工程60万吨/年全密度聚乙烯装置2台高达43m最大直径为8m的全密度聚乙烯反应器现场制造完成;
2008年世界上炼油装置最大的加氢裂化反应器,单台运输重量达1703吨(包括裙座重量,不含内件重量)的中国石油广西石化1000万吨炼油220万吨/年蜡油加氢裂化反应器在大连棉花岛滚装上船。
装置的大型化给中国石化机械制造业带来机遇的同时,也在悄然的改变着中国大型压力容器制造厂的装备水平和制造方式。
二、石化机械制造业建设格局的变化
1、在海边建厂解决运输问题
90年代末,中国最大的重型机械制造企业中国第一重型机器制造厂(现为中国第一重型机械制造集团公司)率先在大连棉花岛建立分厂,同时将设计院迁往大连开发区,摆脱了工厂在偏远的黑龙江省齐齐哈尔市富拉尔基区运输不便的困境。
进口材料的入港和制造设备的海运问题同时解决。
为今天中国一重的做大做强迈出了具有战略性的一步。
中国第二重型机械制造集团公司近年来开始涉足压力容器制造业,并在短短的几年内快速发展,颇具制造规模,成为目前国内第二个生产锻焊加氢反应器的厂家。
但在大件运输方面,需要通过约200公里的公路运输到乐山码头,并且还要受到长江枯水期的影响。
08年二重开始在江苏镇江的长江边建立分厂,计划今年投产。
二重镇江分厂车间里行车的轨道直接延伸架设到江面上,由此设备可以直接吊运到船上。
2009年,兰州兰石重型装备股份有限公司在山东的黄岛建设分厂,抚顺机械设备制造有限公司在大连长兴岛建设分厂。
后起的民营企业张家港市化工机械有限公司也在张家港市的长江边建设码头和分厂。
和一重一样,这些工厂在海(江)边建厂可以有效的解决材料的入港和制造设备的水运问题。
2、普遍采用现场制作方式
从2006年开始,张家港市化工机械有限公司为承接内蒙古大唐国际锡林郭勒煤化工煤基烯烃项目的3台大型聚丙烯反应器和直径8米高达100多米的C3塔的设备制造任务,将工厂和车间建设到内蒙古多伦的工地现场。
更多的是采用将设备分段或分片在工厂制作完成后运输到现场进行现场组焊的方式。
一重对神华煤液化加氢反应器和独山子1000万吨炼油200万吨加氢裂化装置的加氢反应器的制造方式均为将单个筒节或分段筒节运输到现场,在现场完成环缝焊接、焊缝局部热处理和水压试验。
独山子60万吨/年全密度聚乙烯装置的2台全密度聚乙烯反应器设备也是采用在工厂单片制作成型后运到现场组焊的方式。
不同的是,单片制作是工厂(兰石球罐公司)完成,现场组焊则由安装公司(中石化第五建设公司)完成,在质量管理和控制上环节更多一些。
3、工厂的大型装备建设
神华煤液化加氢反应器(单重2044吨,壁厚335mm)是煤液化加氢反应器的世界之最;
广西石化加氢裂化反应器承压壳体部分重量1594吨,是炼油装置加氢裂化反应器的世界之最。
现在一重和二重承制的四川石化300万吨/年渣油加氢裂化装置的反应器直径为4900mm,厚度在300mm左右,最大单个钢锭重量达250吨以上,参数接近神华煤液化加氢反应器。
由于设备高度较小,单台设备重量基本上在1400~1500吨之间。
为满足大型锻焊筒节的综合尺寸,钢包的浇注通常是2包合浇甚至是3包合浇。
但筒节的外径受到水压机开档尺寸的制约。
一重1.5万吨水压机立柱间的最大尺寸为7000mm,二重160MN水压机立柱临时拆除护套后最大尺寸可以达到7100mm。
目前国内对筒节内径的最大尺寸设计一般局限在5000mm左右。
由于壁厚较大及加工余量和锻造尺寸精度的影响,筒节毛坯外径最大尺寸可以达到或超过6000mm。
如二重的四川石化渣油加氢项目锻件筒节毛坯的实测外径接近6000mm。
大直径和大吨位的锻件筒节毛坯的粗加工带来立车加工的压力。
目前国内最大的16m立车在大连棉花岛上的一重分厂。
但一重的锻件粗加工是在黑龙江省的富拉尔基本部。
尽管本部有6.3m以上的10多台大型立车,但对超过200T的筒节毛坯的粗加工,承重能够满足的立车为数不多。
一重对承接四川石化的4台渣油加氢反应器大型锻件的粗加工采用的是在少量承重能力较大的立车上做半段粗加工减重后,到其它立车上掉头加工的办法。
二重的情况类似。
尽管近年来新装备了10多台大型立车,对承接四川石化的6台渣油加氢反应器的制造瓶颈,粗加工可用立车的匮乏也是其中之一。
二重目前采用铣床对锻件外圆进行粗铣加工减轻重量以满足立车的承重要求和外协加工相结合的办法。
在锻造能力上,一重、二重的水压机都是15000吨的规模。
张家港化机正在建设的水压机吨位为200MN(约20000吨)。
在起重设备方面,一重在富拉尔基锻造车间的两台行车,单勾起吊都是550吨,在棉花岛上容器车间最大行车的单勾起吊能力为560吨。
在二重的镇江分厂,行车的最大单勾起吊能力为550吨。
而正在建设的青岛兰石重型机械设备有限公司和张家港化机的长山基地(分厂),行车的单勾起吊能力均为600吨。
正在大连长兴岛建设的大连抚机厂,行车的的单勾起吊能力达到650吨。
射线探伤用9Mv加速器在各个大厂的使用已经很普遍。
热处理炉的大型化建设也不例外。
下面是沿海(江)各厂的装备能力情况:
工厂名称
起重能力(吨)
卷板机能力
厚度×
板幅(mm)
热处理炉尺寸
宽×
高×
长(m)
码头泊位(吨)
备注
大连一重
560+160
150/180*×
3000
10×
24
3000~5000
*针对21/4Cr1Mo材料的卷板厚度
镇江二重
550+300
160×
8×
9×
30
15
50000
*计划于2010年三季度建成
青岛兰石
600×
2*
260**×
2000
*一期建设600T,二期600T
**针对21/4Cr1Mo材料的卷板厚度
张家港化机*
2
200/280×
5000~8000
*计划于2011年建成。
大连抚机
650×
300**×
7×
26
5000
*2台650T天车同期建设,计划于2011年建成
**针对21/4Cr1Mo材料的卷板厚度,机器暂时在抚顺本厂
大型装备的建设耗资巨大,不是众多的压力容器厂可以效仿的。
尤其是大型卷板机的建设,有无必要,值得研究。
对超过180~200mm厚度的钢板,从经济性和实用性上来讲,直接选用锻件更为方便快捷。
而且大型卷板机一般很难有提供外协服务的需求。
工厂建设如何反映经济适用和超前意识,需要工厂管理层和决策者在平衡中把握商机正确决策。
三、机械制造业的技术进步
1、更高强度级别综合性能更好的新材料的采用
以加氢反应器为例。
多年来21/4Cr1Mo材料由于其优良的抗高温氢腐蚀、氢脆及氢剥离性能一直是加氢反应器的设计经典用材。
自80年代我国第一台热壁加氢反应器制造成功以来,设计制造技术的整体进步,设备设计对材料强度、高温强度、低温冲击韧性、抗氢、抗回火脆化等综合指标提出了越来越苛刻的要求。
尤其是近年来煤化工的发展,国内加氢反应器的选材也与国际接轨,一重、二重、上海福勤和舞阳钢厂等厂家参照ASME规范中21/4Cr1Mo的改进型3Cr1Mo1/4V、21/4Cr1Mo1/4V材料开发了国内的3Cr1Mo1/4V、21/4Cr1Mo1/4V自产锻件和2.25Cr1Mo0.3V(12Cr2Mo1VR)钢板。
由于3Cr1Mo1/4V钢强度指标增值有限,但冲击韧性明显降低,只走过短暂的过渡阶段。
自99年国内第一台采用3Cr1Mo1/4V钢由一重制造的加氢反应器在中石油克拉玛依公司使用后,2002年采用21/4Cr1Mo1/4V钢制造的加氢反应器在镇海炼化投用。
据API941《石油炼厂和石油化工厂用高温高压临氢作业用钢》标准中的纳尔逊曲线,21/4Cr1Mo1/4V使用高温上限可以到510℃。
按ASME规范21/4Cr1Mo1/4V材料使用高温上限是482℃,比21/4Cr1Mo钢的使用温度上限454℃提高28℃。
加上强度级别高且抗氢、抗回火脆性和冲击韧性好等综合性能,现在21/4Cr1Mo1/4V已经成为煤化工反应器和石油化工大型锻焊加氢反应器的首选材料。
对21/4Cr1Mo1/4V材料的理化性能指标,目前国内中石化两大设计院北京SEI和洛阳石化工程公司参照采用的是ASME规范。
但从保证制造返修热处理和现场返修热处理时间的设计思想出发,最新要求的(附加)最大热处理时间已从26小时增加到32小时。
为满足这一苛刻要求,目前做法是在原21/4Cr1Mo1/4V钢锻件的基础上,适当调整C含量到高限0.17%(通常规定为C≤0.15%),提高材料淬硬性和淬透性,同时在其它微量元素上做调整,增加材料的强度。
当然这也意味着对材料的韧性指标做出让步。
材料尚且如此,焊接接头性能的实现就更有难度。
目前一重已经在出口伊朗的反应器上实现了以上最新的设计技术指标,二重正在中石化长岭石化、中石油四川石化渣油加氢反应器的制造项目上实现这些技术指标。
国内采用21/4Cr1Mo1/4V钢板制造的加氢反应器多采用进口材料。
第一台采用21/4Cr1Mo1/4V钢制造的板焊式加氢反应器由大连金重于2003年制造,业主是中石油抚顺石化公司。
其后兰石06年为克拉玛依石化30万吨/年润滑油加氢装置制造的加氢处理反应器及07年一重为青岛石化1000万吨炼油项目320万吨/年蜡油加氢裂化装置制造的加氢反应器的壁厚均为140mm,是目前国内21/4Cr1Mo1/4V板焊加氢反应器的最大制造厚度。
近年来国内舞阳钢厂参照ASME规范材料篇的A542《压力容
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